Космическая индустрия была когда-то вотчиной лишь нескольких крупных государств, но сейчас она становится все более доступной благодаря технологическим прорывам и изменениям в экономическом климате. Одна из иллюстраций этого факта - появление сверхлегких ракет.
С тех пор как новые технологии позволили создать малые, но эффективные спутники, стало ясно, что для их запуска не подходят существующие большие ракеты. Так созрела идея компактных ракет-носителей, способных вывести микро- и наноспутники на орбиту. Это стало особенно актуально с появлением частных компаний, изготавливающих множество коммерческих спутников различного назначения.
Сверхлегкие ракеты стали привлекательным вариантом запуска для ряда частных инвесторов. Они требуют меньше материалов для производства, меньше топлива для запуска и занимают меньше места на земле и воздухе. Это позволяет снизить стоимость запуска и сделать доступ к космосу более демократичным. Но насколько маленькой может быть ракета-носитель?
Немного о Японии.
Доступ в космос сегодня принадлежит не только таким гигантским странам как США, Россия, Индия и Китай. Одна из ключевых организаций в области космической эксплуатации - Японское Космическое Агентство, или JAXA.
Оно было основано в 2003 году слиянием трех отдельных организаций: Институт Космических и Астронавтических Наук (ISAS), Национальное Агентство по развитию космического промышленного дела (NASDA) и Национальная Аэрокосмическая Лаборатория (NAL). JAXA стала центральным органом, объединяющим усилия Японии в области космической эксплуатации и исследований.
Среди достижений Японии можно отметить такие миссии, как успешные запуски серии ракет H-II, а также разработка и запуск модуля Kibo для Международной космической станции.
С приходом эры микроспутников, специалисты JAXA стали искать способы более эффективного и экономически целесообразного запуска малых аппаратов на орбиту. У них родилась идея компактной ракеты-носителя, что привело к созданию SS-520 - самой легкой и маленькой орбитальной ракеты в мире.
Дизайн SS-520.
В середине 2010-х годов JAXA начала разработку нового проекта, который в конечном итоге получил название SS-520.
SS-520 была спроектирована как трехступенчатая ракета на твердом топливе. За основу была взята суборбитальная зондирующая ракета, предназначенная для доставки научных приборов в верхние слои атмосферы. Разработка получилась необычайно малогабаритной и легкой, размеры составляют лишь 9,5 метров в высоту и 52 сантиметра в диаметре, а ее масса составляет всего 2,6 тонны при полной заправке. Это на порядок меньше большинства других орбитальных ракет.
Не только размеры и масса отличают ее от других ракет, но и уникальная конструкция. В отличие от традиционных ракет, которые требуют сложного и затратного оборудования для запуска, SS-520 спроектирована так, что может быть запущена почти из любого места, не требуя большого космодрома или сложных технологических установок. Это сделано благодаря простоте конструкции, основанной на твердотопливных двигателях и минималистичных системах управления.
Первая ступень использует двигатель с тягой в 14 тонн. Учитывая собственный вес менее чем в 3 тонны, это означает крайне большую тяговооруженность, и как следствие, очень быстрый разгон. Вторая и третья ступени используют меньшие двигатели - с тягой 4,5 и 0,3 тонны соответственно. Все три ступени используют твердое ракетное топливо, что позволяет избежать сложных и тяжелых агрегатов, присущих для ракет на жидком топливе.
Управление курсом ракеты на первом этапе полета обеспечивается аэродинамическими стабилизаторами. Так же как и ее более крупные собратья, ракета использует набор датчиков, включающих гироскопы и акселерометры для ориентации в пространстве, а также системы радиосвязи для передачи данных на Землю. Хотя эти системы не так сложны, как в больших ракетах, они достаточно эффективны для выполнения задачи.
Путь на орбиту.
3 февраля 2018 года с космодрома Утиноура в Японии был успешно запущен первый груз на орбиту при помощи сверхлегкой SS-520. Это событие вошло в историю как запуск полезной нагрузки на орбиту самой легкой ракетой в мире.
В качестве полезной нагрузки выступил микроспутник TRICOM-1R массой всего лишь 3 кг. Его основной целью было демонстрировать технологии связи и видеонаблюдения, но он также стал своего рода символом инновационного подхода Японии к космической индустрии.
TRICOM-1R, разработанный в Токийском университете, был оснащен множеством современных технологий, включая радиопередатчики для коммуникации и управления, а также камеры для съемки Земли. Спутник также был оборудован системой, позволяющей ему определять свое положение и ориентацию относительно Земли. Несмотря на свой небольшой размер, он стал важным инструментом для сбора данных о Земле и космическом пространстве.
Зажигание двигателя во время старта было осуществлено в пределах секунды по сравнению с запланированным временем, что подчеркнуло высокую точность и надежность этой системы. Ракета смогла успешно вывести спутник на планируемую орбиту, после чего TRICOM-1R начал выполнение своей миссии.
Другие примеры.
Сверхлегкий класс ракет не ограничивается одной только SS-520. Во всем мире различные организации и компании разрабатывают свои системы, которые имеют собственные уникальные особенности и возможности.
Американская компания Rocket Lab, например, разработала ракету Electron, способную доставить до 300 кг груза на низкую околоземную орбиту. Electron - это двухступенчатая ракета, оборудованная электрическими насосами и двигателями на керосине и жидком кислороде. Эта ракета заметно больше SS-520 - ее длина составляет 18 метров, и она использует более сложные технологии.
Космическая компания Astra также разрабатывает свои сверхлегкие ракеты. Они тесно сотрудничают с различными организациями, включая правительственные агентства и коммерческие структуры, чтобы предоставить более доступные и гибкие способы доставки нагрузки на орбиту. Серия ракет Astra, обладая небольшой грузоподъемностью, тем не менее предлагают уникальные возможности для запуска сразу нескольких малых спутников за один раз.
Если сравнивать SS-520 с другими сверхлегкими ракетами, важно отметить, что хотя она обладает крошечной грузоподъемностью, она обеспечивает преимущества в виде низкой стоимости и быстрого подготовительного цикла.
Перспективы технологии.
Развитие сверхлегкого класса ракет может представлять значительный интерес для ряда стран и частных инвесторов, поскольку они обеспечивают более низкую стоимость доставки грузов на орбиту, упрощают процедуры запуска и открывают новые возможности для научных и коммерческих исследований.
В первую очередь, это касается стран, которые стремятся развивать собственную космическую программу, но еще не обладают достаточными технологическими и финансовыми ресурсами для создания и эксплуатации ракет среднего и тяжелого класса. Сверхлегкие ракеты могут стать идеальной "точкой входа" для таких стран, позволяя им начать освоение космоса без необходимости значительных инвестиций.
С другой стороны, сверхлегкие ракеты могут быть весьма привлекательными и для крупных космических агентств и коммерческих компаний. Несмотря на то, что многие из них уже обладают более мощными и грузоподъемными ракетами, сверхлегкие ракеты могут стать эффективным средством для проведения небольших исследовательских миссий, тестирования новых технологий или доставки малых спутников на орбиту.
Однако несмотря на все преимущества, сверхлегкие ракеты имеют и свои недостатки. Во-первых, очевидно, их грузоподъемность ограничена, что делает их непригодными для запуска крупных спутников или миссий с человеком на борту. Поэтому стать полноценным и единственным способом освоения космоса они не смогут. Во-вторых, большинство сверхлегких ракет, включая SS-520, являются одноразовыми, и применение технологий реиспользования в их случае невозможно.
Послесловие.
Запуск сверхлегкой ракеты SS-520 в 2018 году отметился как своего рода "победа Давида над Голиафом" в области космонавтики. Была направлена в космос ракета, которая по размерам и весу больше всего напоминает водопроводную трубу, а не мощный космический аппарат. Тем не менее, её маленький размер и вес не помешали ей успешно достигнуть орбиты и оставить там спутник. Этот запуск официально превратил SS-520 в самую маленькую в истории ракету, совершившую орбитальный полет.
Такое достижение служит свидетельством о том, что великие свершения не всегда требуют великих средств. Напомним, что самые первые ракеты США и СССР во времена начала космической эры были гораздо крупнее, тяжелее, дороже и сложнее.
Таким образом, SS-520 - это не просто маленькая ракета, это полноценный космический аппарат, способный к выполнению актуальных задач. SS-520 демонстрирует, что смелость и инновации могут привести к великим результатам, даже когда ресурсы ограничены.